检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和系统与流程

本发明涉及扫地机器人技术领域，特别涉及一种检测组件、扫地机器人及检测其行走路况的方法和系统。

背景技术：

随着科技的发展，扫地机器人走进千家万户，但是扫地机器人的智能化还受到一定的限制，如在家中不能智能避障，通常依靠碰撞后感知障碍物进行避障，会经常发生撞坏家具、花瓶等的情况，给消费者带来一定的困扰。

现有技术部分厂家是通过超声波传感器、红外传感器、碰撞开关、激光雷达、以及视觉来进行对比室内障碍物。然而上述现有技术存在以下技术问题：(1)超声波传感器：受温湿度影响大，测量精度低；(2)激光雷达：单点激光测量范围小，电机差；(3)红外传感器：受光照影响较大，且波束角窄测量范围小；(4)碰撞开关：接触式测量，易毁坏扫地机器人及室内家居物品。(5)单目视觉无法测量障碍物的深度信息；(6)双目视觉计算繁杂且实时性差；(7)深度相机视野小测量范围窄。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度影响的扫地机器人的检测组件。

本发明还提出了一种扫地机器人、检测扫地机器人行走路况的方法、检测扫地机器人行走路况的系统。

根据本发明第一方面实施例的扫地机器人的检测组件包括：多个光发射器、一个光接收器以及检测组件本体，所述光发射器、光接收器均安装在检测组件本体上，所述多个光发射器、一个光接收器以及检测组件本体集成为一体。

根据本发明实施例的扫地机器人的检测组件，通过光发射器、接收器和回充精对准红外灯的复合结构，采用基于光子飞行时间传感器，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响。相比于其它传感器结构较小，在节省扫地机前端结构空间前提下，还可以为扫地机搭载的其它功能传感器提供位置空间；减少模具的投入以及简化装配环节。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，所述光发射器、光接收器均采用飞行时间传感器和/或光学追踪传感器。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，所述多个光发射器位于同一水平面，所述光接收器与所述光发射器不在同一水平面，且光接收器位于左右两个极限位置的光发射器之间的中心区域。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，进一步包括：多个回充精对准信号灯，所述回充精对准信号灯也集成在所述检测组件本体上。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，所述回充精对准信号灯与光发射器不在同一水平面上。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，相邻的两个光发射器之间的相对距离小于50mm。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，相邻的两个光发射器之间的法向夹角大于0°小于90°。

根据本发明第二方面实施例的一种扫地机器人的检测组件，包括：多个传感器，所述传感器均安装在扫地机器人机体上，所述传感器采用以下传感器中的一种或多种：飞行时间传感器、光学追踪传感器、红外测距传感器、激光雷达、超声波传感器。该实施例扩大了前端测距覆盖范围，相比于传统传感器的测量范围有了很大提高；相对于传统的红外悬崖、沿边传感器，精度有明显提高。

根据本发明一个实施例的扫地机器人的检测组件，每个传感器均包括一个光发射器和一个光接收器。

根据本发明第三方面实施例的一种检测扫地机器人行走路况的系统，包括：如上所述的检测组件；以及检测电路，所述检测电路与所述光接收器电连接，以将所述光接收器的电信号进行运算处理，并生成输出信号；控制器，所述控制器与所述光接收器电连接以接收所述输出信号，将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值。

根据本发明一个实施例的检测扫地机器人行走路况的系统，根据所述外界反射面为障碍物，所述控制器被构造成根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内判断存在障碍物，根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内判断不存在障碍物。

根据本发明一个实施例的检测扫地机器人行走路况的系统，根据所述外界反射面为行走地面，所述控制器被构造成根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内判断行走地面平坦，且根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内判断行走地面不平。

根据本发明一个实施例的检测扫地机器人行走路况的系统，所述控制器被构造成根据存在障碍物或者行走地面不平发出停止指令或拐弯指令，以控制所述扫地机器人停止运动或拐弯。

根据本发明第四方面实施例的一种扫地机器人，包括：机体；以及如上所述的检测扫地机器人行走路况的系统，所述检测组件位于所述机体的前部。

根据本发明第五方面实施例的一种使用上述扫地机器人的检测扫地机器人行走路况的方法，包括：向外界反射面发射测试光线；接收经外界反射面反射的光线，并将所述光线的光强信号转化为电信号；对所述电信号进行运算处理，发出输出信号；将所述输出信号转换为检测组件与外界反射面之间的间距值，根据所述间距值是否落在预设阈值范围内来判断外界反射面的位置信息。

根据本发明一个实施例的检测扫地机器人行走路况的方法，根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内，判断行走路面平坦或检测到障碍物；根据所述检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内，判断行走路面不平或未检测到障碍物。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明第一方面实施例的扫地机器人的检测组件的结构示意图；

图2是根据本发明第一方面实施例的多通道tof传感器布局位置关系示意图；

图3是根据本发明第二方面实施例的扫地机器人的检测组件安装在扫地机器人上的位置示意图；

图4是根据本发明第二方面实施例的扫地机器人的检测组件的组成示意图；

图5是根据本发明第三方面实施例的扫地机器人的行走路况检测系统组成示意图；

图6是根据本发明第四方面实施例的扫地机器人的组成示意图；

图7是根据本发明第五方面实施例的检测扫地机器人行走路况的方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

下面参考图1、2描述根据本发明实施例的扫地机器人的第一种检测组件。

本发明中，为了减少模具的投入以及简化装配环节，首先设计了光发射器、接收器和回充精对准红外灯的复合结构。优选的，采用基于光子飞行时间(timeofflight，tof)传感器，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响。为了确保tof能准确感知扫地机器人前方障碍物信息，优选的将其安装在扫地机器人前端中上部的位置。而为了能接收到充电座发出的回充红外信号，优选的将回充精对准红外灯安装在扫地机器人前端中间的部位。

如图1所示，根据本发明第一方面实施例的扫地机器人的检测组件，包括：多个光发射器(1、2、3)，一个光接收器(4)、多个回充精对准信号灯(5，6)、以及检测组件本体(7)，光发射器、光接收器、回充精对准信号灯均安装在检测组件本体(7)上。多个光发射器、一个光接收器、回充精对准信号灯以及检测组件本体集成为一体。优选的，检测组件安装在扫地机器人前端中上部的位置。本发明中，通过将检测组件布置于扫地机器人的前端，可以实现免碰撞避障的功能。传统的传感器结构中，发射器和接收器为一一对应的关系，例如三个发射器分别对应三个接收器，器件数目较多，结构较大且复杂。而本实施例中，极大减少了光接收器的数量，通过一个光接收器即完成原来多个光接收器才能实现的功能，减少了器件数量，因而节省了成本，进一步精简了结构。另外，通过将多个光发射器、一个光接收器、回充精对准信号灯以及检测组件本体集成为一体，其结构相比于传统的传感器结构较小，在节省扫地机器人前端结构空间前提下，还可以为扫地机器人搭载的其它功能传感器提供位置空间。

优选的，光发射器、光接收器均采用飞行时间(tof)传感器，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响。然而，本发明不限于此方案，例如，光发射器、光接收器还可以采用光学追踪传感器(ots，opticaltracingsensor)等硬件来实现。

虽然本实施例给出了光发射器为三个的示意图，然而本发明不限于此方案，可以为两个、四个或更多等情况。再者，虽然本实施例给出了回充精对准信号灯为两个的示意图，然而本发明不限于此方案，可以为三个、四个或更多等情况。在本发明的实施例中，通过增加光发射器的数量，可以扩大前端测距覆盖范围，相比与传统传感器的测量范围可以有很大提高。

在本发明的实施例中，优选的，光发射器(1、2、3)、光接收器(4)不在同一水平面且光接收器(4)位于左右两侧光发射器(1)和光发射器(3)的中心区域，即不超出左右两侧光发射器所在的纵向位置。通过将光接收器(4)布局于三个光发射器(1、2、3)的中心区域位置，便于接收到左中右三个光发射器(1、2、3)的信号，从而在软件上可以对称处理，但本发明不仅仅限定于上述提到的位置。

在本发明的实施例中，回充精对准信号灯(5，6)可以布置在光发射器(1、2、3)区域下方/上方。优选的，回充精对准信号灯(5，6)与光发射器(1、2、3)不在同一水平面上。回充精对准信号灯(5，6)的作用是，通过接收到的左右红外信号的强弱关系来判断充电座的方向，从而控制扫地机器人返回至充电座。

图2是根据本发明实施例的多通道tof传感器布局位置关系示意图；如图2所示，以3通道的tof传感器为例，1、2、3为tof发射灯，4为tof接收灯。3个发射灯发射不同编码的波形的光信号，接收灯通过读取接收序列信号判断哪一个通道的发射灯监测到障碍物信息，从而判断障碍物与扫地机器人的相对位置。

在本发明的实施例中，三个光发射器(1、2、3)之间的相对距离位置满足一定关系，如检测组件的相邻光发射器之间距离小于50mm，但不仅仅限定于上述提到的距离。

在本发明的实施例中，三个光发射器(1、2、3)之间的相对位置角度满足一定关系，例如相邻光发射器之间法向夹角大于0°小于90°，但不仅仅限定于上述提到的角度。

本发明的实施例中，由于基于tof传感器、ots传感器等，在实现障碍物识别与避让的同时，还可以替代原来的红外传感器，消除环境光变化对传统红外测距带来的影响，给消费者带来更好的用户体验。

实施例2

下面参考图3、4描述根据本发明实施例的扫地机器人的第二种检测组件，用于实现下视、沿边功能。该第二种检测组件，既可以单独使用，也可以与实施例1中的第一种检测组件配合使用。

tof由于其自身具有的测距功能，由此衍生出来可以测量扫地机器人离地的高度、离墙的宽度等一系列功能，因此可以代替传统的红外下视、沿边等其他类似功能的器件，由于采用基于光子飞行时间(timeofflight，tof)传感器，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响，其精度将有明显提高。

如图3所示，根据本发明第二方面实施例的扫地机器人的检测组件，包括：多个传感器(11、12、13)，传感器(11、12、13)均安装在扫地机器人本体上。优选的，传感器安装在扫地机器人前端左中右三个位置。如图4所示，每个传感器均可以包括一个发射灯(14)和一个接收灯(15)。

优选的，传感器均采用飞行时间(tof)传感器，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响。然而，本发明不限于此方案，例如，传感器还可以采用光学追踪传感器(ots，opticaltracingsensor)、红外测距传感器、激光雷达、超声波传感器等硬件来实现。

虽然本实施例给出了传感器为三个的示意图，然而本发明不限于此方案，可以为两个、四个或更多等情况。在本发明的实施例中，通过增加传感器的数量，可以扩大前端测距覆盖范围，相比与传统传感器的测量范围可以有很大提高。

同理，该结构还可用于作为沿边传感器，基于tof自身测距原理还可以替代传统的红外沿边传感器的功能，且精度将有明显提高。

本发明的实施例中，由于基于tof传感器、ots传感器等，可以替代原来的红外传感器，消除环境光变化对传统红外测距带来的影响，给消费者带来更好的用户体验。

实施例3

如图5所示，根据本发明第三方面实施例的扫地机器人的行走路况检测系统，包括：上述实施例1的检测组件；以及检测电路200，检测电路与光接收器(4)电连接，以将光接收器的电信号进行运算处理，并生成输出信号；以及控制器300，控制器300与检测电路200电连接以接收输出信号，且在接收到输出信号时将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值。

当外界反射面为障碍物时，控制器300被构造成在检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断存在障碍物，且在检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断不存在障碍物。

当外界反射面为行走地面时，控制器300被构造成在检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时判断行走地面平坦，且在检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时判断行走地面不平。

相应地，光发射器(1，2，3)可以被设置成朝向扫地机器人的下方发射光线，以在对机器人行走路面是否平坦进行检测，光发射器(1，2，3)还可以被设置成朝向扫地机器人的左侧、右侧、前侧或后侧发射光线以实现对四周的障碍物的检测。

作为优选实施方式，控制器300被构造成在存在障碍物或者行走地面不平时发出停止指令或拐弯指令，以控制扫地机器人停止运动或拐弯。

实施例4

如图6所示，根据本发明第四方面实施例的扫地机器人包括：机体400；以及如实施例3所述的检测扫地机器人行走路况的系统500，检测组件位于机体的前部，以通过设于前部的检测组件对外侧障碍物进行检测、或者通过检测组件测量扫地机器人离地高度等。

具体地，扫地机器人的机体内还设有电路板，电路板用于安装并集成扫地机器人的一些电器元件，并实现各个电器元件的电连接。

其中，扫地机器人可以包括机体、设于机体内的尘盒、风机、电路板等，尘盒用来容纳并储存扫地机器人清理的灰尘、毛发等，用于实现扫地机器人的清洁功能，机体外设有驱动轮、万向轮等组件，驱动轮用于实现扫地机器人的移动，万向轮用于实现扫地机器人的转向，控制器在接收到检测组件反馈的输出信号后相应控制万向轮以及驱动轮执行相应地操作。

举例而言，当设于扫地机器人左侧的检测组件发出指示碰到障碍物的输出信号后，控制器可以控制驱动轮朝向右侧拐弯以避开障碍物。

实施例5

如图7所示，根据本发明第五方面实施例的检测扫地机器人行走路况的方法包括：

s1：向外界反射面发射测试光线。

s2：接收到经外界反射面反射的光线，并将光强信号转化为电信号。

s3：对电信号进行运算处理并发出输出信号；

s4：将输出信号运算转换为检测组件与外界反射面之间的间距值，并根据所述间距值是否落在预设阈值范围内以判断外界反射面的位置信息。

由此，本实施例通过对tof光接收器反馈的电信号进行运算处理，通过测量光子发射到接收的时间差进行测距，不会发生像红外一样受光照耗散强度的影响。

根据本发明实施例的检测扫地机器人行走路况的方法，当检测组件与外界反射面之间的间距值落在预设阈值范围内时，判断行走路面正常或检测到障碍物；当检测组件与外界反射面之间的间距值未落在预设阈值范围内时，判断行走路面不平或未检测到障碍物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。